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JPH0413115B2 - - Google Patents
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JPH0413115B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0413115B2
JPH0413115B2 JP20193182A JP20193182A JPH0413115B2 JP H0413115 B2 JPH0413115 B2 JP H0413115B2 JP 20193182 A JP20193182 A JP 20193182A JP 20193182 A JP20193182 A JP 20193182A JP H0413115 B2 JPH0413115 B2 JP H0413115B2
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JP
Japan
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light
imaging
image
line
slit
Prior art date
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Application number
JP20193182A
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Japanese (ja)
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JPS5993293A (en
Inventor
Takanori Ninomya
Yasuo Nakagawa
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to US06/537,095 priority patent/US4611292A/en
Priority to EP83109972A priority patent/EP0107820B1/en
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Publication of JPH0413115B2 publication Critical patent/JPH0413115B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はロボツト視覚装置に関するものであ
り、更に詳しくはロボツトによる組立作業におい
て作業対象物の位置・姿勢を検出するロボツト視
覚装置のうち、特にロボツトの手先に取り付ける
のに好適な視覚装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a robot vision device, and more specifically, among robot vision devices that detect the position and orientation of a workpiece in assembly work by a robot, it is particularly applicable to a robot vision device. The present invention relates to a visual device suitable for attachment to the hand of a person.

〔従来技術〕[Prior art]

従来、物体の位置を検出する手段としては、物
体全体を一様に照明し、この光学像をTVカメラ
などの撮像装置を用いて電気信号に変換し、この
電気信号をある基準となる信号をもとに2値化
し、この2値化画像信号を処理するものである。
しかし、この装置では対象物表面の色又は明暗が
背景と大きく異なり、2値化によつて対象物のみ
が画像上で分離抽出できる必要があつた。また、
この装置では、奥行方向の位置が検出できないた
め、ロボツトによる組立作業のように対象物をつ
かんだり、対象物に部品を取付けなければならな
い場合、この対象物は検出器から既知の距離にな
ければならない。従つて、上記の2値画像を用い
る装置では作業対象が制限されてしまう欠点があ
る。
Conventionally, the method for detecting the position of an object is to uniformly illuminate the entire object, convert this optical image into an electrical signal using an imaging device such as a TV camera, and convert this electrical signal into a certain reference signal. The image signal is originally binarized and this binarized image signal is processed.
However, with this device, the color or brightness of the surface of the object is significantly different from the background, and it is necessary to separate and extract only the object on the image by binarization. Also,
This device cannot detect the position in the depth direction, so when a robot must grasp an object or attach parts to it, such as during assembly work, the object must be at a known distance from the detector. No. Therefore, the above-mentioned apparatus using binary images has the disadvantage that the objects to be worked on are limited.

また、ロボツトによる自動熔接用として“A
Visual Sensor for Arc−Welding Robots”
Bamba,T.,etal.,11th Int.Symp.on
Industrial Robots,pp151〜158(1981)に開示さ
れた、ロボツトの手先に光切断検出ヘツドを取付
け、検出された光切断汎形を演算処理して熔接位
置を自動的に検出する装置がある。しかし、この
装置は作業対象を溝状のものに限定しているた
め、組立作業に使用できない欠点がある。
In addition, “A” is used for automatic welding by robots.
Visual Sensor for Arc−Welding Robots”
Bamba, T., etal., 11th Int.Symp.on
There is a device, disclosed in Industrial Robots, pp. 151-158 (1981), which attaches a light-cutting detection head to the hand of a robot and automatically detects the welding position by processing the detected light-cutting general shape. However, this device has the disadvantage that it cannot be used for assembly work because the work target is limited to groove-shaped objects.

さらに、上記の装置を組立作業に適用しようと
した試みにNBSの装置(Vander Brug,G.J.,
etal.“A Vision System for Real Time
Control of Robots”9th Int.Symp.on
Industrial Robots,pp213〜230,1979)がある。
この装置で対象物の位置、姿勢を3次元的に完全
に検出するには、検出器を乗せたロボツトアーム
を移動させ、異なつたいくつかの角度から対象物
を見る必要があるため、検出に時間がかかる欠点
があつた。
Furthermore, in an attempt to apply the above device to assembly work, the NBS device (Vander Brug, GJ,
etal.“A Vision System for Real Time
Control of Robots”9th Int.Symp.on
Industrial Robots, pp213-230, 1979).
In order to completely detect the position and orientation of an object three-dimensionally using this device, it is necessary to move the robot arm carrying the detector and view the object from several different angles. It had the disadvantage of being time consuming.

また、物体の位置、姿勢をその色に影響されず
に検出する装置として、光切断法を応用した装置
がある。これは第1図に示すように、スリツト光
源1と撮像装置2から構成された検出器を用い
る。スリツト光源1から投光された平板上の光線
3(これを以後スリツト光と呼ぶ)と対象物表面
との交線すなわち光切断線4を、このスリツト光
3の光軸とある角度をなすななめの方向から撮像
装置2によつて撮像すると、たとえば第2図に示
すように対象物の断面形状が得られる。検出器よ
り遠方にある点ほど画像上では上方に位置するの
で、この光切断波形を抽出し、第2図上の点a,
a′の画像上の位置を検出・処理することによつ
て、対象物までの距離と左右方向の位置が検出で
きる。また、角度θを検出することによつて、ス
リツト光3のなす平面と垂直な軸まわりの対象物
5の表面の回転角が検出できる。
Furthermore, as a device for detecting the position and orientation of an object without being affected by its color, there is a device that applies a light cutting method. This uses a detector consisting of a slit light source 1 and an imaging device 2, as shown in FIG. The intersection line of the light beam 3 projected from the slit light source 1 on the flat plate (hereinafter referred to as slit light) and the surface of the object, that is, the light cutting line 4, is diagonal to form a certain angle with the optical axis of the slit light 3. When an image is captured by the imaging device 2 from the direction, a cross-sectional shape of the object is obtained, for example, as shown in FIG. Since the farther a point is from the detector, the higher the position is on the image, this light cutting waveform is extracted and points a,
By detecting and processing the position of a' on the image, the distance to the object and the position in the left and right direction can be detected. Furthermore, by detecting the angle θ, the rotation angle of the surface of the object 5 around an axis perpendicular to the plane formed by the slit light 3 can be detected.

第3図に示す様に、スリツト光源1a,1bを
2個組合せて、互いに交わる十字状のスリツト光
3a,3bを作り、それぞれのスリツト光3a,
3bに対して、2台の撮像装置2a,2bを配置
し、2組の光切断線を撮像する。この様な構成に
より、2つの平行でない平面のそれぞれに垂直な
2本の軸まわりの対象物表面の回転角が検出でき
るので、検出器を移動させることなく、対象物の
姿勢が3次元的に検出できる。また、対象物まで
の距離に加えて、2方向の対象物の大きさ・位置
も検出できる。
As shown in FIG. 3, two slit light sources 1a and 1b are combined to create cross-shaped slit lights 3a and 3b that intersect with each other.
3b, two imaging devices 2a and 2b are arranged to image two sets of optical cutting lines. With this configuration, the rotation angle of the object surface around two axes perpendicular to each of two non-parallel planes can be detected, so the attitude of the object can be determined three-dimensionally without moving the detector. Can be detected. In addition to the distance to the object, it is also possible to detect the size and position of the object in two directions.

しかし、このような構成では、2個のスリツト
光源と2個の撮像装置が必要となるため、検出器
が大型になる欠点がある。このため、作業対象物
とロボツト手先との相対的な位置関係を手先に取
付けた検出器を用いて精度良く求めるような場
合、上記した構成の検出器では適用が困難である
という欠点がある。
However, such a configuration requires two slit light sources and two imaging devices, which has the disadvantage of increasing the size of the detector. Therefore, when the relative positional relationship between an object to be worked on and a robot hand is to be accurately determined using a detector attached to the robot hand, there is a drawback that it is difficult to use the detector with the above-described configuration.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記した従来技術の欠点に鑑みなされ
たもので、対象物の色や明暗に影響されずに対象
物の3次元的な位置および姿勢を高速に検出する
小型・軽量な視覚装置を提供することを目的とし
ている。
The present invention was made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and provides a small and lightweight visual device that can detect the three-dimensional position and orientation of an object at high speed without being affected by the object's color or brightness. It is intended to.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

即ち、本発明は、上記目的を達成するために、
直線的に配列した複数の発光ダイオードからなる
発光ダイオード群と該発光ダイオード群から発生
した光を平板状の光線に変換する光学系とを各々
備え、互いに平行でない少なくとも二つの平板状
の光線を互いに交わるように照射すべく形成した
複数の光照射手段と、該各光照射手段により照射
される二つの平板状の光線の各々に対して所望の
傾斜角度を有する撮像光軸を有し、且つ上記各光
照射手段により照射された二つの平板状の光線と
上記対象物体の表面との交線の光学像を撮像して
電気信号に変換する撮像手段と、上記各光照射手
段から照射される二つの光線を切換えて照射する
光線切換手段と、上記撮像手段から得られる電気
信号から画像上の明るい切断線信号を分離抽出す
る分離抽出手段と、上記撮像手段が撮像する画像
上の位置情報と実際の位置情報との対応関係を格
納する格納手段と、上記分離抽出手段によつて分
離抽出された切断線信号と上記格納手段に格納さ
れた対応関係から対象物体の位置及び姿勢を解析
する計算手段とを備えたことを特徴とする視覚装
置である。従つて、光源を小型化、軽量化でき、
その結果視覚装置全体も小型化、軽量化ができ、
ロボツト等への搭載が容易になり、しかも対象物
体の位置及び姿勢を高速で解析することができ、
ロボツト等が対象物が所望の位置及び姿勢である
かどうかの検査も含め、該対象物体に対して作業
を行なうことができる。
That is, in order to achieve the above object, the present invention has the following features:
Each includes a light emitting diode group consisting of a plurality of linearly arranged light emitting diodes and an optical system that converts the light generated from the light emitting diode group into a flat light beam, and converts at least two flat light beams that are not parallel to each other. It has a plurality of light irradiation means formed to intersect with each other and an imaging optical axis having a desired inclination angle with respect to each of the two flat light beams irradiated by the light irradiation means, and the above-mentioned an imaging means for capturing an optical image of the intersection line between the two flat light beams irradiated by each of the light irradiation means and the surface of the target object and converting it into an electrical signal; a light beam switching means for switching and irradiating two light beams, a separating and extracting means for separating and extracting a bright cutting line signal on the image from the electrical signal obtained from the imaging means, and a separation and extraction means for separating and extracting a bright cutting line signal on the image captured by the imaging means, storage means for storing the correspondence between the position information of the target object and a calculation means for analyzing the position and orientation of the target object from the correspondence between the cutting line signal separated and extracted by the separation and extraction means and the correspondence stored in the storage means. This is a visual device characterized by comprising: Therefore, the light source can be made smaller and lighter.
As a result, the entire visual system can be made smaller and lighter.
It is easy to install on robots, etc., and the position and orientation of the target object can be analyzed at high speed.
A robot or the like can perform work on the object, including checking whether the object is in a desired position and orientation.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下に、本発明のロボツト視覚装置を用いた物
体の位置検出および姿勢検出の一実施例について
説明する。
An example of detecting the position and posture of an object using the robot vision device of the present invention will be described below.

ここでは、説明をわかりやすくするために、第
4図に示した装置構成を例にして説明する。尚、
以下の説明は、第5図に示す装置構成においても
全く同様に適用できるものである。
Here, in order to make the explanation easier to understand, the apparatus configuration shown in FIG. 4 will be explained as an example. still,
The following explanation can be applied in exactly the same manner to the device configuration shown in FIG.

即ち、ロボツト視覚装置は、第4図に示す様
に、1個の撮像装置を設け、2つのスリツト光源
1a,1bをそれらのスリツト光3a,3bの交
線のまわりに同方向に回転させ、回転するスリツ
ト光3a,3bの光切断線を1台の撮像装置で検
出するものである。検出の際には、2組の光切断
線を独立に抽出するため、2個のスリツト光源1
a,1bを交互に切換えて1つずつ発行させる。
また、第4図に示す十字状のスリツト光3a,3
bを、第5図に示す様に逆八の字状に配置したス
リツト光源1a,1bで得ても良い。すなわち、
第4図において、スリツト光3a,3bを形成す
るスリツト光源1a,1bは、スリツト光3a,
3bの平面上にあり、且つスリツト光源1a,1
bと撮像装置の光軸8のなす角度が90°よりもち
いさければ、どこに移動させて配置することも可
能である。
That is, as shown in FIG. 4, the robot vision device includes one imaging device, rotates two slit light sources 1a and 1b in the same direction around the line of intersection of the slit lights 3a and 3b, and The optical cutting line of the rotating slit lights 3a and 3b is detected by one imaging device. During detection, two slit light sources 1 are used to extract two sets of optical cutting lines independently.
A and 1b are switched alternately and issued one by one.
In addition, the cross-shaped slit lights 3a, 3 shown in FIG.
b may be obtained by slit light sources 1a and 1b arranged in an inverted figure-eight shape as shown in FIG. That is,
In FIG. 4, slit light sources 1a, 1b forming slit lights 3a, 3b are connected to slit light sources 1a, 1b.
3b, and the slit light sources 1a, 1
As long as the angle between b and the optical axis 8 of the imaging device is smaller than 90°, it can be moved and placed anywhere.

第4図において、2個のスリツト光源1a,1
bをそれぞれ1つずつ発行させた場合、撮像装置
2によつて検出される光切断線と物体の実際の位
置との対応関係は、第6図a,bに示すように、
ななめ格子状になる。第6図aはスリツト光源1
aを発光させたときの検出画像とxz座標との対
応関係をxz平面における等距離線と等幅線とに
よつて示した図であり、第6図bはスリツト光源
1bを発光させたときの検出画像とyz座標との
対応関係をyz平面における等距離線と等幅線と
によつて示した図である。以下、第6図aについ
て説明する。第6図bについても同様である。即
ち、第6図aは、第8図および第9図に示す等距
離線図(z座標)と等幅線図(この場合、x座標
に関するもの)を、便宜的に一つの図として表し
たものである。これらの生成方法については後述
し、ここではそれぞれの内容について説明する。
第8図に示す等距離線図内の個々の右下がりの直
線は、この上のどの位置に光切断線が検出された
場合も、実際のz座標(第7図参照)は一定とな
る点(等距離の点)を示している。そしてこれら
直線の間隔は、z座標における一定距離間隔を示
し、左下の直線から右上の直線に行くに従つて小
さなz座標から大きなz座標になることに対応す
る。第8図では一定間隔のz座標に対応する直線
群として示したが、実際には後述のように、これ
らの間を近似的に補間し、画像上のどの点に光切
断線が検出されても、その点の実際のz座標が算
出できるようにしている。近似法については、式
(1)および第10図を用いて後述する。一方、第9
図に示す等幅線図においては、個々の直線は、こ
の上のどの位置に光切断線が検出された場合も、
実際のx座標(第7図参照)は一定となる点を示
している。そして、中央の直線がx=0(撮像光
軸上)を示しており、これら直線の間隔は、x=
0を中心線にしてx座標における一定間隔を示
し、右側の直線がマイナス方向、左側がプラス方
向のx座標に対応する。第8図と同様に、第9図
では一定間隔のx座標に対応する直線群として説
明したが、実際にはこれらの間を補間し、画像上
のどの点に光切断線が検出されても、その点の実
際のx座標が算出できるようにしている。以上説
明した等距離線図と等幅線図を参照することによ
つて、検出された画像上の光切断線の位置を実際
のz座標とX座標に変換することができる。な
お、第6図bも同様であり、この場合z座標およ
びy座標に変換できる。これらの対応関係をあら
かじめ寸法が既知の物体を用いて検出器からの位
置を変えながら求め、記憶装置に記憶しておく。
そして、物体の位置・姿勢の検出の際には、あら
かじめ記憶されている対応関係と撮像装置2から
検出された光切断線の画像上の位置を照合するこ
とによつて、物体の実際の位置と傾きを求めるこ
とができる。本発明では、2つのスリツト光3
a,3bを切替えて投光し、2つの互いに平行で
ない平面における物体までの距離・位置および傾
きが求められるから、これらにより物体の3次元
的な位置と姿勢を一意的に求めることができる。
In FIG. 4, two slit light sources 1a, 1
In the case where one each of ``b'' is issued, the correspondence between the light cutting line detected by the imaging device 2 and the actual position of the object is as shown in FIGS. 6a and 6b.
It becomes a diagonal grid pattern. Figure 6a shows the slit light source 1.
Fig. 6b is a diagram showing the correspondence between the detected image and the xz coordinates when the slit light source 1b is emitted by using equidistant lines and equispaced lines in the xz plane. FIG. 3 is a diagram showing the correspondence between detected images and yz coordinates using equidistant lines and equispaced lines on the yz plane. Hereinafter, FIG. 6a will be explained. The same applies to FIG. 6b. In other words, Figure 6a shows the equidistant line diagram (z coordinate) and the equispaced line diagram (in this case, regarding the x coordinate) shown in Figures 8 and 9 as one diagram for convenience. It is something. These generation methods will be described later, and the contents of each will be explained here.
The individual downward-sloping straight lines in the equidistant diagram shown in Figure 8 are points at which the actual z-coordinate (see Figure 7) remains constant no matter where on the line the optical section line is detected. (equidistant points). The intervals between these straight lines indicate constant distance intervals in the z-coordinate, and correspond to a small z-coordinate becoming a large z-coordinate as you go from the lower left straight line to the upper right straight line. Although Fig. 8 shows a group of straight lines corresponding to the z-coordinates at regular intervals, in reality, as will be described later, these lines are interpolated approximately, and the light cutting line is detected at which point on the image. Also, the actual z-coordinate of that point can be calculated. For the approximation method, Eq.
This will be described later using (1) and FIG. On the other hand, the 9th
In the monospaced line diagram shown in the figure, each straight line is
The actual x-coordinate (see Figure 7) indicates a constant point. The straight line in the center indicates x=0 (on the imaging optical axis), and the interval between these straight lines is x=0 (on the imaging optical axis).
A constant interval in the x coordinate is shown with 0 as the center line, and the straight line on the right corresponds to the x coordinate in the negative direction, and the straight line on the left corresponds to the x coordinate in the positive direction. Similar to Fig. 8, Fig. 9 is explained as a group of straight lines corresponding to x-coordinates at regular intervals, but in reality, interpolation is performed between these lines, and no matter which point on the image the light cutting line is detected. , the actual x-coordinate of that point can be calculated. By referring to the equidistant line diagram and the equispaced line diagram described above, the position of the detected light section line on the image can be converted into the actual z-coordinate and x-coordinate. The same applies to FIG. 6b, and in this case it can be converted into z and y coordinates. These correspondence relationships are determined in advance using an object whose dimensions are known while changing its position from the detector, and are stored in a storage device.
When detecting the position and orientation of an object, the actual position of the object is determined by comparing the correspondence relationship stored in advance with the position on the image of the optical cutting line detected by the imaging device 2. You can find the slope. In the present invention, two slit lights 3
A and 3b are switched to emit light, and the distance, position, and inclination to the object on two planes that are not parallel to each other are determined, so the three-dimensional position and orientation of the object can be uniquely determined from these.

なお、本発明では2つのスリツト光3a,3b
の交線6が対象物表面と交わるように検出器また
は対象物があらかじめ大まかに位置合せされてい
るものとし、本発明のロボツト視覚装置を用い
て、検出器と対象物の相対的な位置と姿勢を精密
に検出するものとする。
Note that in the present invention, two slit lights 3a and 3b are used.
It is assumed that the detector or the object is roughly aligned in advance so that the intersection line 6 of The posture shall be detected precisely.

つぎに、検出される光切断線の画像上での位置
と物体の実際の位置の対応関係を求める方法につ
いて、第7図を用いて説明する。ここでは、第4
図に示すスリツト光源1aの場合についてのみ説
明するが、第4図に示すスリツト光源1bおよび
第5図に示すスリツト光源1a,1bの場合も同
様である。第7図に示すように、2つのスリツト
光の交線5がz軸に一致し、スリツト光源1aに
よるスリツト光3aがxz平面に一致するような
座標系xyzを仮定する。まず、第7図に示すよう
にz軸に垂直で撮像装置2の視野より広い平面6
を、z軸方向に平行移動できるように、目盛付の
レール7上に立てる。平面6をたとえば1cmきざ
みで検出器から遠ざけながら検出画像上での光切
断線の位置を求めて行くと、第8図に示す様な等
距離線図が得られる。つぎに、平面6を幅一定の
長方形とし、このようなものをいくつかの幅につ
いて用意し、やはりレール7上をz軸に垂直にな
るように立ててz軸方向に移動させる。平面6の
x軸方向に測つた幅をたとえば2cmきざみとし、
それぞれの平面6をz軸方向に移動させたとき検
出される光切断線の端点の軌跡を求めると、第9
図に示すような等幅線図(x座標に関する)が得
られる。第8図に示した等距離線図と第9図に示
した等幅線図において、線図上のある水平の線
hh′に沿つた距離およびx方向の位置の変化を見
ると、それぞれ第10図、第11図のようにな
る。これらを線図上の縦方向の座標jにおける距
離の関数zおよびx方向の位置の関数xとして、
線図上の横方向の座標iを変数として表わすと、 zj=f(i)=aj0+aj1i+aj2i2+aj3i3 ……(1) xj=g(i)=bj0+bj1i+bj2i2+bj3i3 ……(2) と近似することができる。何次まで近似するかは
必要とされる検出精度により決定する。線図上の
すべてのj(たとえばj=1〜256)について、
ajo,bjo(n=0、1、2、……)を以上の方法で
あらかじめ求めておけば、検出された光切断線か
ら式(1)(2)を用いて、逆にそのz方向およびx方向
の位置を求めることができる。また、検出対象物
を構成する一平面の傾きを求める場合には、以上
の様にして求めた光切断線の端点の実際の座標
(x,z)(x′,z′)より、 θx=tan-1z′−z/x′−x ……(3) を用いて、その平面とx軸のなす角を求めること
ができる。
Next, a method for determining the correspondence between the position of the detected light section line on the image and the actual position of the object will be explained using FIG. Here, the fourth
Although only the case of the slit light source 1a shown in the figure will be described, the same applies to the slit light source 1b shown in FIG. 4 and the slit light sources 1a and 1b shown in FIG. As shown in FIG. 7, a coordinate system xyz is assumed in which the intersection line 5 of two slit beams coincides with the z-axis and the slit beam 3a from the slit light source 1a coincides with the xz plane. First, as shown in FIG. 7, a plane 6 that is perpendicular to the z-axis and wider than the field of view of the imaging device 2 is
is placed on a scaled rail 7 so that it can be moved in parallel in the z-axis direction. If the position of the light cutting line on the detected image is determined while moving the plane 6 away from the detector in steps of, for example, 1 cm, an equidistant line diagram as shown in FIG. 8 will be obtained. Next, the plane 6 is made into a rectangle with a constant width, and such rectangles are prepared in several widths, and they are also erected perpendicularly to the z-axis on the rail 7 and moved in the z-axis direction. For example, the width measured in the x-axis direction of the plane 6 is in steps of 2 cm,
When the locus of the end point of the light cutting line detected when each plane 6 is moved in the z-axis direction is found, the ninth
A monospaced plot (with respect to the x-coordinate) as shown in the figure is obtained. In the equidistant line diagram shown in Figure 8 and the equispaced line diagram shown in Figure 9, a certain horizontal line on the diagram
When looking at changes in distance along hh' and position in the x direction, the results are shown in FIGS. 10 and 11, respectively. These are expressed as a distance function z at the vertical coordinate j on the diagram and a function x of the position in the x direction,
Expressing the horizontal coordinate i on the diagram as a variable, z j = f (i) = a j0 + a j1 i + a j2 i 2 + a j3 i 3 ...(1) x j = g (i) = b j0 +b j1 i+b j2 i 2 +b j3 i 3 ...(2) It can be approximated as follows. The degree of approximation is determined by the required detection accuracy. For every j on the diagram (for example, j = 1 to 256),
If a jo , b jo (n = 0, 1, 2, ...) are calculated in advance using the above method, then z can be calculated from the detected light cutting line using equations (1) and (2). The direction and position in the x direction can be determined. Furthermore, when determining the inclination of a plane constituting the object to be detected, from the actual coordinates (x, z) (x', z') of the end points of the light section line determined as above, θ x =tan -1 z'-z/x'-x (3) The angle between that plane and the x-axis can be found.

次に検出画像より光切断線を抽出する手段につ
いて具体的に説明する。この場合もやはり第4図
に示した片側のスリツト光3aの場合について説
明する。撮像装置2によつて撮像した光切断線
は、スリツト光の幅や光学系のボケなどにより、
一般的にはある幅を持つている。そこで、撮像装
置2の水平走査方向を第8図と第9図に示した線
hh′の方向(横方向)に一致させて配置し、各水
平走査信号のピーク位置(すなわち最明点)の座
標i各をjにおける光切断線と位置iのする(第
12図参照)。このようにして、式(1)(2)を計算す
るための光切断線の位置の座標を抽出する。
Next, the means for extracting the optical cutting line from the detected image will be specifically explained. In this case as well, the case of the one-sided slit beam 3a shown in FIG. 4 will be explained. The optical cutting line imaged by the imaging device 2 may vary depending on the width of the slit light, the blur of the optical system, etc.
Generally, it has a certain range. Therefore, the horizontal scanning direction of the imaging device 2 is determined by the line shown in FIGS. 8 and 9.
They are arranged so as to coincide with the direction of hh' (horizontal direction), and the coordinates i of the peak positions (that is, the brightest points) of each horizontal scanning signal are set to the optical cutting line at j and the position i (see FIG. 12). In this way, the coordinates of the position of the light section line for calculating equations (1) and (2) are extracted.

次に、本発明のロボツト視覚装置による対象物
の3次元的な位置・姿勢の検出過程を第13図に
示す円柱状の物体9および第14図に示す平面上
にあいた円形の穴10の検出を例にして説明す
る。
Next, the process of detecting the three-dimensional position and orientation of an object by the robot vision device of the present invention will be described as follows: Detection of a cylindrical object 9 shown in FIG. 13 and a circular hole 10 on a plane shown in FIG. This will be explained using an example.

まず、円柱状の対象物9の位置・姿勢の検出法
について説明する。第5図に示すスリツト光3a
を投光した場合、たとえば第15図に実線Aに示
すような光切断像が撮像装置2により検出された
とする。同図において、先に説明した様に横方向
の最明点の位置を検出し、光切断線の形を抽出す
ると第16図に示す様になる。第16図に示す波
形を折線近似し、各線分の端点の座標(i,j)
をあらかじめ求めておいた式(1)(2)を用いて実際の
座標(x,z)に変換すると、第17図に示す様
になる。この図において、最もz座標の小さい線
分A、すなわち最も検出器に近い線分の中点か
ら、円柱状の物体9の上面のx方向の近似的な中
心位置が求められる。また、式(3)を用いてxz平
面における物体9の傾きが求められる。つぎにス
リツト光源を切替え第5図に示すもう一方のスリ
ツト光3bについて得られる光切断像(第15図
中の破線Bで示す)についても、全く同様の検出
を行うことにより、円柱状の物体9の上面のy方
向近似中心位置と、yz平面における物体9の傾
きを求める。更に、以上の検出結果をもとに、検
出器から物体9の上面の中心位置までの距離z
は、円柱状の物体9の上面がz軸にほぼ垂直であ
る場合、 z=z1+z2/2+z4−z3/y2−y1・y1+y2/2……
(4) または、 z=z3+z4/2+z2−z1/x2−x1・x1+x2/2……
(5) として求められる。ここで、x1,x2は円柱状の物
体9の上面におけるxz平面の光切断像(第15
図に示すA)の端点のx座標であり、y1,y2はyz
平面の光切断像(第15図に示すB)の端点のy
座標であり、z1,z2,z3,z4はそれぞれ4つの端
点のz座標を表わす。以上の検出結果よりもし円
柱状物体9の上面のxz平面およびyz平面におけ
る傾きが90°と著しく異なり、光切断線の中点か
ら中心位置を求める方法および式(4)または(5)によ
る距離の計算の誤差が無視できないと判断される
場合には、傾きの検出結果に従つてロボツトアー
ムを移動させ、z軸すなわちスリツト光3a,3
bの交線が面にほぼ垂直になるようにし、再度中
心位置および距離の検出を行う。
First, a method for detecting the position and orientation of the cylindrical object 9 will be explained. Slit light 3a shown in FIG.
Suppose that when the light is projected, for example, a light cut image as shown by the solid line A in FIG. 15 is detected by the imaging device 2. In FIG. 16, the position of the brightest point in the horizontal direction is detected as described above, and the shape of the light section line is extracted, as shown in FIG. 16. The waveform shown in Fig. 16 is approximated by a broken line, and the coordinates (i, j) of the end points of each line segment are
When converted into actual coordinates (x, z) using equations (1) and (2) determined in advance, it becomes as shown in FIG. 17. In this figure, the approximate center position of the upper surface of the cylindrical object 9 in the x direction is determined from the line segment A with the smallest z coordinate, that is, the midpoint of the line segment closest to the detector. Furthermore, the inclination of the object 9 in the xz plane is determined using equation (3). Next, by switching the slit light source and performing the same detection on the optically sectioned image (indicated by the broken line B in FIG. 15) obtained for the other slit light 3b shown in FIG. The approximate center position in the y direction of the upper surface of object 9 and the inclination of object 9 in the yz plane are determined. Furthermore, based on the above detection results, the distance z from the detector to the center position of the top surface of the object 9
When the top surface of the cylindrical object 9 is almost perpendicular to the z-axis, z=z 1 +z 2 /2 + z 4 −z 3 /y 2 −y 1・y 1 +y 2 /2...
(4) Or, z= z3 + z4 /2+ z2 - z1 / x2 - x1x1 + x2 /2...
(5) is obtained as. Here, x 1 and x 2 are the optically sectioned images (15th
This is the x coordinate of the end point of A) shown in the figure, and y 1 and y 2 are yz
y of the end point of the plane optically sectioned image (B shown in Figure 15)
The coordinates are z 1 , z 2 , z 3 , and z 4 each representing the z coordinates of the four end points. From the above detection results, if the inclinations of the top surface of the cylindrical object 9 in the xz plane and the yz plane are significantly different from 90 degrees, the method for determining the center position from the midpoint of the light section line and the distance using equation (4) or (5) If it is determined that the error in the calculation cannot be ignored, the robot arm is moved according to the detected inclination result, and the z-axis, that is, the slit beams 3a, 3
The intersection line b is made almost perpendicular to the surface, and the center position and distance are detected again.

つぎに、第14図に示す平面上に垂直にあいた
円形状の穴10の中心位置および穴のあいている
方向の検出法について説明する。第18図は第1
4図に示す穴10を撮像装置で撮像したとき得ら
れる光切断線の一例を示す図である。この場合
も、前例と同様にxz平面およびyz平面における
2組の光切断像をスリツト光源を切替えることに
よつて、独立に検出する。第18図における実線
と破線は、このようにして得られる2組の光切断
像を示している。同図において、点a1,a2を結ぶ
線分と点b1,b2を結ぶ線分をそれぞれ前例の第1
5図における線分A,Bに対応させた処理を行う
ことによつて、全く同様に穴10の位置および穴
のあいている方向の検出を行なうことができる。
Next, a method for detecting the center position and direction of the circular hole 10 perpendicular to the plane shown in FIG. 14 will be described. Figure 18 is the first
FIG. 4 is a diagram showing an example of a light section line obtained when the hole 10 shown in FIG. 4 is imaged by an imaging device. In this case, as in the previous example, two sets of optically sectioned images on the xz plane and the yz plane are detected independently by switching the slit light source. The solid line and broken line in FIG. 18 indicate two sets of optically sectioned images obtained in this manner. In the same figure, the line segment connecting points a 1 and a 2 and the line segment connecting points b 1 and b 2 are respectively
By performing processing corresponding to the line segments A and B in FIG. 5, the position of the hole 10 and the direction in which the hole is formed can be detected in exactly the same manner.

以下に、本発明のロボツト視覚装置の具体的実
施例について説明する。まず、装置全体の構成お
よびその動作について説明し、しかる後検出器各
部の具体的構成について述べる。
Below, specific embodiments of the robot vision device of the present invention will be described. First, the overall structure and operation of the apparatus will be explained, and then the specific structure of each part of the detector will be described.

第19図は本発明のロボツト視覚装置の全体構
成の一実施例を示す図である。検出器は撮像装置
2とスリツト光源1a,1bから構成されてお
り、次の様な配置構成法によつている。すなわ
ち、 (1) 2つのスリツト光3a,3bのなす平面の交
線5を、ロボツトのグリツパ18の回転軸に一
致させる。
FIG. 19 is a diagram showing an embodiment of the overall configuration of a robot visual system according to the present invention. The detector is composed of an imaging device 2 and slit light sources 1a and 1b, and is arranged and constructed as follows. That is, (1) The intersection line 5 of the planes formed by the two slit beams 3a and 3b is made to coincide with the rotation axis of the gripper 18 of the robot.

(2) スリツト光源1a,1bの光軸8a,8bお
よび撮像装置2の光軸8cはスリツト光3a,
3bの交線5上のほぼ一点で交わる。
(2) The optical axes 8a, 8b of the slit light sources 1a, 1b and the optical axis 8c of the imaging device 2 are the slit light 3a,
3b intersect at approximately one point on the intersection line 5.

(3) スリツト光源1a,1bの光軸8a,8bお
よび撮像装置2の光軸8cは同一平面上にあ
る。
(3) The optical axes 8a, 8b of the slit light sources 1a, 1b and the optical axis 8c of the imaging device 2 are on the same plane.

(4) スリツト光源1aの光軸8aとスリツト光の
交線5のなす角と、スリツト光源1bの光軸8
bとスリツト光の交線5のなす角とは等しい。
(4) The angle between the optical axis 8a of the slit light source 1a and the intersection line 5 of the slit light, and the optical axis 8 of the slit light source 1b.
The angle formed by b and the intersection line 5 of the slit light is equal.

(5) スリツト光源1aの光軸8aと撮像装置2の
光軸8cのなす角と、スリツト光源1bの光軸
8bと撮像装置2の光軸8cのなす角とは等し
い。
(5) The angle between the optical axis 8a of the slit light source 1a and the optical axis 8c of the imaging device 2 is equal to the angle between the optical axis 8b of the slit light source 1b and the optical axis 8c of the imaging device 2.

以上の様な配置でロボツトアーム11上に検出
器を構成する。検出器の構成法の他の変形例とし
ては、上記の(1)〜(5)のうち論理的に可能な1〜4
個の組合せがある。また、第19図では検出器が
ロボツトのグリツパ18を回転駆動する部分に固
定されているが、グリツパ18上に固定し、グリ
ツパ18と一体に回転させる様に構成しても良
い。
A detector is configured on the robot arm 11 with the arrangement as described above. Other modified examples of the detector configuration method include logically possible 1 to 4 of the above (1) to (5).
There are several combinations. Further, in FIG. 19, the detector is fixed to a portion of the robot that rotates the gripper 18, but it may be fixed on the gripper 18 and rotated together with the gripper 18.

このロボツト視覚装置の全体は第19図中のマ
イクロコンピユータ(又はミニコンピユータ)1
5によつて制御される。すなわち、スリツト光切
断装置13を制御し、スリツト光源1a,1bが
1つずつ発光するようにし、それぞれの光切断像
を撮像装置2によつて検出する。検出された画像
信号は光切断線抽出回路14に入力され、光切断
波形がマイクロコンピユータ15に入力される。
光切断線抽出回路14は、先に説明した方法に従
つて2次元画像データを1次元波形データに圧縮
するものであり、特願昭57−146427号に開示され
ている装置を用いても良い。このようにして得ら
れた2組の光切断線波形データは、マイクロコン
ピユータ15内に先に説明した手順で処理され
る。すなわち、波形データの折線近似の後、式(1)
〜(5)の計算を行なつて対象物の3次元的位置及び
姿勢を検出し、そのデータ17をロボツト腕機構
の制御装置に出力する。式(1)(2)を計算するのに必
要な係数ajo、bjo(j=0、1、2、3…、n=
0、1、2、3…)は、先に説明した方法であら
かじめ求められ、記憶装置16内に格納されてお
り、必要な時適宜読み出されて使用される。
The entire robot visual system consists of a microcomputer (or minicomputer) 1 in Fig. 19.
5. That is, the slit light cutting device 13 is controlled so that the slit light sources 1a and 1b emit light one by one, and each light cut image is detected by the imaging device 2. The detected image signal is input to the optical cutting line extraction circuit 14, and the optical cutting waveform is input to the microcomputer 15.
The optical cutting line extraction circuit 14 compresses two-dimensional image data into one-dimensional waveform data according to the method described above, and may use the device disclosed in Japanese Patent Application No. 146427-1982. . The two sets of optical section line waveform data thus obtained are processed in the microcomputer 15 according to the procedure described above. In other words, after the polygonal line approximation of the waveform data, Equation (1)
- (5) are performed to detect the three-dimensional position and orientation of the object, and the data 17 is output to the control device of the robot arm mechanism. Coefficients a jo , b jo (j=0, 1, 2, 3..., n=
0, 1, 2, 3...) are obtained in advance by the method described above, stored in the storage device 16, and read out and used as needed.

次に本実施例のロボツト視覚装置の動作につい
て詳細に説明する。
Next, the operation of the robot vision device of this embodiment will be explained in detail.

対象物の検出を行う前に、すでに説明した様
に、式(1)(2)に示した係数ajo、bjo(および同様にし
て得られるyjの係数)を記憶装置16に格納する
作業が必要である。第7図に示した装置を用いて
スリツト光の交線5がレール7と平行になる様に
ロボツトを動作・固定し、すでに説明した方法で
第8図に示す等距離線図と第9図に示す等幅線図
を求める。この作業はスリツト切替装置13で切
替え、2つのスリツト光3a,3bについてそれ
ぞれ行なう。つぎに、これらのデータをもとに、
マイクロコンピユータ15によつて多項式近似を
行ない、各jにおける式(1)(2)の係数ajo、bjoを求
め、記憶装置16に格納する。
Before detecting the object, as already explained, the coefficients a jo and b jo (and the coefficient of y j obtained in the same way) shown in equations (1) and (2) are stored in the storage device 16. Work is required. Using the device shown in FIG. 7, operate and fix the robot so that the line of intersection 5 of the slit beams is parallel to the rail 7, and use the method already explained to draw the equidistant diagram shown in FIG. 8 and the equidistant diagram shown in FIG. Find the monospaced line diagram shown in . This operation is switched by the slit switching device 13 and is performed for each of the two slit beams 3a and 3b. Next, based on these data,
The microcomputer 15 performs polynomial approximation, and the coefficients a jo and b jo of equations (1) and (2) for each j are determined and stored in the storage device 16.

対象物体の検出過程では、すでに第13図及び
第14図を例にして説明した様に、マイクロコン
ピユータ15がスリツト光切断装置13を制御
し、2組のスリツト光源1a,1bをそれぞれ発
光させた場合の光切断像に基づく光切断波形を光
切断線抽出回路14によつて得て、これをマイク
ロコンピユータ15によつて折線近似した後、そ
れぞれの線分の実際の位置座標が記憶装置16に
格納された係数ajo、bjoをもとにして式(1)(2)(お
よび同様なyjを求める式)を用いて求められる。
マイクロコンピユータ15は、2組のスリツト光
源1a,1bをそれぞれ発光させた場合の線分の
うち、対象物体上の線分を、距離zを判定基準に
それぞれ1本ずつ選び出し(通常、最も検出器に
近く、視野の中央近くにある線分)、それそれの
4つの端点から、式(3)〜(5)および線分の中点の計
算を行なつて、対象物体の位置および姿勢を検出
し、ロボツト腕機構の制御装置に出力する。
In the process of detecting the target object, as already explained using FIGS. 13 and 14 as examples, the microcomputer 15 controls the slit light cutting device 13 to cause the two sets of slit light sources 1a and 1b to emit light, respectively. A photosection waveform based on the photosection image of the case is obtained by the photosection line extraction circuit 14, and after this is approximated by a broken line by the microcomputer 15, the actual position coordinates of each line segment are stored in the storage device 16. It is calculated using equations (1) and (2) (and similar equations for finding y j ) based on the stored coefficients a jo and b jo .
The microcomputer 15 selects one line segment on the target object from among the line segments when the two sets of slit light sources 1a and 1b are made to emit light, using the distance z as a criterion (usually, the line segment closest to the detector The position and orientation of the target object are detected by calculating equations (3) to (5) and the midpoint of the line segment from the four end points of each line segment (close to the center of the field of view). and outputs it to the control device of the robot arm mechanism.

次に検出器各部の具体的構成について説明す
る。
Next, the specific configuration of each part of the detector will be explained.

撮像装置2にはTVカメラを用い、第12図に
示したiの方向と水平走査方向を一致させること
により、高速で光切断線を検出することができ
る。もちろん、TVカメラ以外の2次元画像検出
器、例えば1次元フオトダイオードアレーとガル
バノミラーとの組合せでも良い。TVカメラのう
ち、特に2次元固体イメージセンサを用いたもの
は、(イ)耐震・耐衝撃性、(ロ)寿命、(ハ)画像ひずみ、
(ニ)小型・軽量、(ホ)省電力、の5つの点で、電子管
を用いたものよりも優れている。第20図は2次
元固体イメージセンサ19を用いた撮像装置の一
具体例を示す図である。本具体例では、ロボツト
アームに搭載される部分は、第21図に示す様
に、TVカメラ制御ユニツト22を除いた2次元
固体イメージセンサ19と前置画像信号増幅器2
0と同期駆動信号波形整形回路21のみであり、
さらに小型・軽量化が図られている。第20図に
おいて、前置画像信号増幅器20は基板23a上
に搭載され、2次元固体イメージセンサ19と同
期駆動信号波形整形回路21は基板23b上に搭
載され、支柱24で裏ぶた25上に固定されてい
る。裏ぶた25にはコネクタ26が取付けられ、
一切の信号・電源の供給はこのコネクタ26を介
して行なわれる。また、裏ぶた25および外枠2
7は内面に静電シールド用の銅箔を貼つた(また
は金属メツキを施した)プラスチツク等の非金属
で構成されている。さらに、結像レンズ28をプ
ラスチツク化することも可能である。以上の様
に、本実施例による撮像装置を用いれば、耐震・
耐衝撃性、長寿命、低画像ひずみ、省電力という
特徴に加え、検出器を著しく小型・軽量化できる
効果がある。
By using a TV camera as the imaging device 2 and making the horizontal scanning direction coincide with the direction of i shown in FIG. 12, the optical cutting line can be detected at high speed. Of course, a two-dimensional image detector other than a TV camera, such as a combination of a one-dimensional photodiode array and a galvanometer mirror, may also be used. Among TV cameras, those using two-dimensional solid-state image sensors in particular have (a) earthquake resistance and impact resistance, (b) lifespan, (c) image distortion,
It is superior to those using electron tubes in five aspects: (d) small size and light weight, and (e) power saving. FIG. 20 is a diagram showing a specific example of an imaging device using a two-dimensional solid-state image sensor 19. In this specific example, the parts mounted on the robot arm include a two-dimensional solid-state image sensor 19 excluding the TV camera control unit 22, and a front image signal amplifier 2, as shown in FIG.
0 and the synchronous drive signal waveform shaping circuit 21,
Efforts are also being made to make it smaller and lighter. In FIG. 20, the front image signal amplifier 20 is mounted on a substrate 23a, the two-dimensional solid-state image sensor 19 and the synchronous drive signal waveform shaping circuit 21 are mounted on a substrate 23b, and are fixed on the back cover 25 with a support 24. ing. A connector 26 is attached to the back cover 25,
All signals and power are supplied via this connector 26. In addition, the back cover 25 and the outer frame 2
7 is made of a non-metallic material such as plastic with copper foil for electrostatic shielding applied to the inner surface (or metal plating applied). Furthermore, the imaging lens 28 can also be made of plastic. As described above, if the imaging device according to this embodiment is used, earthquake resistance and
In addition to features such as impact resistance, long life, low image distortion, and low power consumption, it also has the effect of significantly reducing the size and weight of the detector.

次に、スリツト光源1a,1bの具体的構成に
ついて説明する。光源としては、ハロゲンランプ
や放電管や発光ダイオード等を使用することがで
きるが、(イ)耐震・耐衝撃性、(ロ)寿命、(ハ)小型・軽
量性の3点で発光ダイオードが最も優れている。。
第22図は発光ダイオートを用いたスリツト光源
の一具体例を示す図である。発光ダイオード29
には、赤外発光の高出力タイプが用いられる。通
常2次元固体イメージセンサの最大感度波長は、
800nm付近であるので、この波長の発光ダイオ
ードを用いれば検出感度を最大にできる。第22
図に示す様に、発光ダイオード29は、複数個を
シリンドリカルレンズ30の長手方向に一致させ
て一列に並べて配置する。第22図aに示す平面
図において、発光ダイオード29とスリツト31
はシリンドリカルレンズ30に関して結像関係に
ある。また、結像面32の位置は概略の対象物位
置に設定し、結像面32とスリツト31とは結像
レンズ33に関して結像関係にある。以上の様な
構成をとることにより、発光ダイオード29から
発光される光を効率良く集光し、スリツト光を形
成できるので、上記した3つの特徴に加え明るい
スリツト光源を実現できる。さらに、発光ダイオ
ード29にレンズを用いた指向性の強いものを用
いることにより、更に強力なスリツト光源も実現
可能である。
Next, the specific configuration of the slit light sources 1a and 1b will be explained. As a light source, halogen lamps, discharge tubes, light-emitting diodes, etc. can be used, but light-emitting diodes are the best in three respects: (a) earthquake resistance and impact resistance, (b) longevity, and (c) compactness and lightness. Are better. .
FIG. 22 is a diagram showing a specific example of a slit light source using a light emitting diode. light emitting diode 29
A high-output infrared emitting type is used for this purpose. The maximum sensitivity wavelength of a two-dimensional solid-state image sensor is usually
Since the wavelength is around 800 nm, detection sensitivity can be maximized by using a light emitting diode with this wavelength. 22nd
As shown in the figure, a plurality of light emitting diodes 29 are arranged in a line so as to coincide with the longitudinal direction of the cylindrical lens 30. In the plan view shown in FIG. 22a, the light emitting diode 29 and the slit 31
is in an imaging relationship with respect to the cylindrical lens 30. Further, the position of the imaging plane 32 is set to the approximate position of the object, and the imaging plane 32 and the slit 31 are in an imaging relationship with respect to the imaging lens 33. By employing the above configuration, the light emitted from the light emitting diode 29 can be efficiently collected to form slit light, so that in addition to the above three characteristics, a bright slit light source can be realized. Furthermore, by using a lens-based light emitting diode 29 with strong directivity, an even more powerful slit light source can be realized.

第23図は発光ダイオードを用いたスリツト光
源の他の具体例を示す図である。第23図に示す
様に、発光ダイオード29を複数個スリツト31
に沿つて配置し、スリツト31と結像面32は結
像レンズ33に関して結像関係にある。また、シ
リンドリカルレンズ30は、スリツト光に結像面
32上でむらが出ない様に、結像レンズ33とス
リツト31の間に挿入される。本具体例では、結
像面32の結像関係が狂うと、スリツト光にむら
が生じる欠点があるが、光切断線の位置検出を行
なう本発明では無視できる。本具体例によれば、
第22図と比較して明らかな様に、光軸方向の長
さを短かくすることができ、発光ダイオード29
の持つ特徴に加え、スリツト光源を著しく小型に
できる特徴がある。
FIG. 23 is a diagram showing another specific example of a slit light source using a light emitting diode. As shown in FIG. 23, a plurality of light emitting diodes 29 are inserted into the slit 31.
The slit 31 and the imaging surface 32 are in an imaging relationship with respect to the imaging lens 33. Further, the cylindrical lens 30 is inserted between the imaging lens 33 and the slit 31 so that the slit light does not become uneven on the imaging surface 32. In this specific example, if the imaging relationship of the imaging plane 32 is out of order, the slit light may become uneven, but this can be ignored in the present invention, which detects the position of the optical cutting line. According to this specific example,
As is clear from the comparison with FIG. 22, the length in the optical axis direction can be shortened, and the light emitting diode 29
In addition to the features of the slit light source, it also has the feature of making the slit light source significantly smaller.

また、撮像装置と同様に、外枠をプラスチツク
等の非金属で構成すれば、検出器を著しく小型・
軽量にできる効果がある。
In addition, similar to the imaging device, if the outer frame is made of non-metallic material such as plastic, the detector can be made significantly smaller and smaller.
It has the effect of being lightweight.

なお、第22図と第23図に示すスリツト光源
の具体例では、スリツト光が完全な平板状になら
ない。この問題は結像レンズ33の径を必要以上
に大きくしないことで回避できる。
Note that in the specific examples of the slit light source shown in FIGS. 22 and 23, the slit light does not have a perfect flat shape. This problem can be avoided by not making the diameter of the imaging lens 33 larger than necessary.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、直線的に配列した複数の発光
ダイオードからなる発光ダイオード群と該発光ダ
イオード群から発生した光を平板状の光線に変換
する光学系とを各々備え、互いに平行でない少な
くとも二つの平板状の光線を互いに交わるように
照射すべく形成した複数の光照射手段と、該各光
照射手段により照射される二つの平板状の光線の
各々に対して所望の傾斜角度を有する撮像光軸を
有し、且つ各光照射手段により照射された二つの
平板状の光線と上記対象物体の表面との交線の光
学像を撮像して電気信号に変換する撮像手段とを
備え、それぞれの光切断線を解析することによつ
て、対象物体の色や表面の状態に影響されること
なく、平面内における対象物体の位置・姿勢を検
出器又は対象物体を移動させることなく検出が可
能となり、しかも光源を小型化、軽量化ができ、
その結果視覚装置全体も小型化、軽量化ができ、
ロボツト等への搭載が容易になり、しかも対象物
体の位置及び姿勢を高速で解析することができ、
ロボツト等が対象物が所望の位置及び姿勢である
かどうかの検査も含め、該対象物体に対して作業
を行なうことができる効果を奏する。
According to the present invention, each light emitting diode group including a plurality of linearly arranged light emitting diodes and an optical system that converts the light generated from the light emitting diode group into a flat light beam are provided, and at least two light emitting diodes that are not parallel to each other are provided. a plurality of light irradiation means formed to irradiate flat light rays so as to intersect with each other; and an imaging optical axis having a desired inclination angle with respect to each of the two flat light rays irradiated by the respective light irradiation means. and imaging means for capturing an optical image of the intersection line between the two flat light beams irradiated by each light irradiation means and the surface of the target object and converting it into an electrical signal, By analyzing the cutting line, it is possible to detect the position and orientation of the target object within a plane without being affected by the color or surface condition of the target object, without moving the detector or the target object. Moreover, the light source can be made smaller and lighter,
As a result, the entire visual system can be made smaller and lighter.
It is easy to install on robots, etc., and the position and orientation of the target object can be analyzed at high speed.
This has the effect that a robot or the like can perform work on the target object, including checking whether the target object is in a desired position and orientation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は光切断法によるロボツト視覚装置の検
出器を示す斜視図、第2図は第1図に示す検出器
の検出画像の一例を示す図、第3図は光切断法に
よる検出器を2組組合せた検出器を示す斜視図、
第4図は本発明の原理となる検出器の斜視図、第
5図は本発明による検出器の基本構成を示す斜視
図、第6図は第4図に示す検出器による等距離線
と等幅線を表わした図、第7図は等距離線と等幅
線を得る検出器の斜視図、第8図は等距離線の一
例を示す図、第9図は等幅線の一例を示す図、第
10図は第8図に示す等距離線の変化を表わした
図、第11図は第9図に示す等幅線の変化を表わ
した図、第12図は光切断線の抽出方法を表わす
図、第13図と第14図は検出対象物体の一例を
示す図、第15図と第16図と第17図は第13
図に示す検出対象物体の検出処理過程を示す図、
第18図は第14図に示す検出対象物体の検出画
像を示す図、第19図は本発明のロボツト視覚装
置の全体構成の一実施例を示す図、第20図は本
発明のロボツト視覚装置で用いる撮像装置の一具
体例を示す図、第21図は第20図に示す撮像装
置を示すブロツク図、第22図aと第23図aは
本発明のロボツト視覚装置の検出器に用いるスリ
ツト光源の具体例を示す平面図、第22図bと第
23図bは本発明のロボツト視覚装置の検出器に
用いるスリツト光源の具体例を示す正面図であ
る。 1……スリツト光源、2……撮像装置、3a,
3b……スリツト光、4……光切断線、5……ス
リツト光の交線、6……ついたて、7……目盛付
レール、8a,8b,8c……光軸、9,10…
…対象物体、11……ロボツトアーム、12……
グリツパの回転軸、13……スリツト光切断装
置、14……光切断線抽出回路、15……マイク
ロコンピユータ、16……記憶装置、17……検
出データ、18……グリツパ、19……2次元固
体イメージセンサ、20……前置画像信号像幅
器、21……同期信号波形整形回路、22……
TVカメラ制御ユニツト、23a,23b……基
板、24……支柱、25……裏ぶた、26……コ
ネクタ、27……外枠、28,33……結像レン
ズ、29……発光ダイオード、30……シリンド
リカルレンズ、31……スリツト、32……結像
面。
Fig. 1 is a perspective view showing the detector of the robot vision device using the light sectioning method, Fig. 2 is a diagram showing an example of the detected image of the detector shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing the detector using the light sectioning method. A perspective view showing two sets of combined detectors;
FIG. 4 is a perspective view of a detector based on the principle of the present invention, FIG. 5 is a perspective view showing the basic configuration of a detector according to the present invention, and FIG. 6 is an equidistant line of the detector shown in FIG. 4. Figure 7 is a perspective view of a detector that obtains equidistant lines and equidistant lines; Figure 8 is an example of equidistant lines; Figure 9 is an example of equidistant lines. Figure 10 is a diagram showing the change in the equidistant line shown in Figure 8, Figure 11 is a diagram showing the change in the equidistant line shown in Figure 9, and Figure 12 is a diagram showing the method for extracting the light cutting line. Figures 13 and 14 are diagrams showing examples of objects to be detected, Figures 15, 16, and 17 are diagrams showing examples of objects to be detected.
A diagram showing the detection processing process of the detection target object shown in the figure,
FIG. 18 is a diagram showing a detected image of the object to be detected shown in FIG. 14, FIG. 19 is a diagram showing an embodiment of the overall configuration of the robot visual device of the present invention, and FIG. 20 is a diagram showing the robot visual device of the present invention. 21 is a block diagram showing the imaging device shown in FIG. 20, and FIGS. 22a and 23a show a slit used in the detector of the robot vision device of the present invention. FIGS. 22b and 23b are plan views showing specific examples of the light source, and front views showing specific examples of the slit light source used in the detector of the robot vision device of the present invention. 1... Slit light source, 2... Imaging device, 3a,
3b... Slit light, 4... Light cutting line, 5... Intersection line of slit light, 6... Light, 7... Rail with scale, 8a, 8b, 8c... Optical axis, 9, 10...
...Target object, 11... Robot arm, 12...
Gripper rotation axis, 13... Slit optical cutting device, 14... Optical cutting line extraction circuit, 15... Microcomputer, 16... Storage device, 17... Detection data, 18... Gripper, 19... Two-dimensional Solid-state image sensor, 20... Front image signal imager, 21... Synchronization signal waveform shaping circuit, 22...
TV camera control unit, 23a, 23b... board, 24... support, 25... back cover, 26... connector, 27... outer frame, 28, 33... imaging lens, 29... light emitting diode, 30... ...Cylindrical lens, 31...Slit, 32...Imaging surface.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 直線的に配列した複数の発光ダイオードから
なる発光ダイオード群と該発光ダイオード群から
発生した光を平板状の光線に変換する光学系とを
各々備え、互いに平行でない少なくとも二つの平
板状の光線を互いに交わるように照射すべく形成
した複数の光照射手段と、該各光照射手段により
照射される二つの平板状の光線の各々に対して所
望の傾斜角度を有する撮像光軸を有し、且つ上記
各光照射手段により照射された二つの平板状の光
線と上記対象物体の表面との交線の光学像を撮像
して電気信号に変換する撮像手段と、上記各光照
射手段から照射される二つの光線を切換えて照射
する光線切換手段と、上記撮像手段から得られる
電気信号から画像上の明るい切断線信号を分離抽
出する分離抽出手段と、上記撮像手段が撮像する
画像上の位置情報と実際の位置情報との対応関係
を格納する格納手段と、上記分離抽出手段によつ
て分離抽出された切断線信号と上記格納手段に格
納された対応関係から対象物体の位置及び姿勢を
解析する計算手段とを備えたことを特徴とする視
覚装置。 2 上記撮像手段を、2次元固体イメージセンサ
で形成したことを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の視覚装置。 3 直線的に配列した複数の発光ダイオードから
なる発光ダイオード群と該発光ダイオード群から
発生した光を平板状の光線に変換する光学系とを
各々備え、互いに平行でない少なくとも二つの平
板状の光線を互いに交わるように照射すべく形成
した複数の光照射手段、該各光照射手段により照
射される二つの平板状の光線の各々に対して所望
の傾斜角度を有する撮像光軸を有し、且つ上記各
光照射手段により照射された二つの光線と上記対
象物体の表面との交線の光学像を撮像して電気信
号に変換する撮像手段をロボツトの動作部材上に
備え、更に上記各光照射手段から照射される二つ
の光線を切換えて照射する光線切換手段と、上記
撮像手段から得られる電気信号から画像上の明る
い切断線信号を分離抽出する分離抽出手段と、上
記根撮像手段が撮像する画像上の位置情報と実際
の位置情報との対応関係を格納する格納手段と、
上記分離抽出手段によつて分離抽出された切断線
信号と上記格納手段に格納された対応関係から対
象物体の位置及び姿勢を解析する計算手段と、該
計算手段によつて解析された対象物体の位置及び
姿勢に基いて上記ロボツトを制御するロボツト制
御手段とを備えたことを特徴とする視覚装置。 4 上記撮像手段を、2次元固体イメージセンサ
で形成したことを特徴とする特許請求の範囲第3
項記載の視覚装置。
[Claims] 1. A light emitting diode group consisting of a plurality of linearly arranged light emitting diodes and an optical system that converts the light generated from the light emitting diode group into a flat light beam, each of which has at least two light beams that are not parallel to each other. a plurality of light irradiation means formed to irradiate two flat light rays so as to intersect with each other, and imaging light having a desired inclination angle with respect to each of the two flat light rays irradiated by the respective light irradiation means; an imaging means that has an axis and that captures an optical image of the intersection line between the two flat light rays irradiated by each of the light irradiation means and the surface of the target object and converts it into an electrical signal; a light beam switching means for switching and irradiating two light beams irradiated from the irradiation means; a separation and extraction means for separating and extracting a bright cutting line signal on the image from the electric signal obtained from the imaging means; and an imaging means for capturing an image. A storage means for storing the correspondence between the position information on the image and the actual position information, and a position of the target object based on the correspondence between the cutting line signal separated and extracted by the separation and extraction means and the correspondence stored in the storage means. and a calculation means for analyzing posture. 2. Claim 1, wherein the imaging means is formed by a two-dimensional solid-state image sensor.
Visual device as described in section. 3. Each light-emitting diode group consisting of a plurality of linearly arranged light-emitting diodes and an optical system that converts the light generated from the light-emitting diode group into flat light beams, and at least two flat light beams that are not parallel to each other. a plurality of light irradiation means formed to irradiate so as to intersect with each other; an imaging optical axis having a desired inclination angle with respect to each of the two flat light beams irradiated by each of the light irradiation means; An imaging means for capturing an optical image of the intersection line between the two light rays irradiated by each light irradiation means and the surface of the target object and converting it into an electrical signal is provided on the operating member of the robot, and each of the light irradiation means a light beam switching means for switching and irradiating two light beams irradiated from the imaging means; a separation and extraction means for separating and extracting a bright cutting line signal on the image from the electric signal obtained from the imaging means; and an image captured by the root imaging means. storage means for storing the correspondence between the above location information and the actual location information;
a calculation means for analyzing the position and orientation of the target object from the cutting line signals separated and extracted by the separation and extraction means and the correspondence stored in the storage means; A visual device comprising robot control means for controlling the robot based on its position and orientation. 4 Claim 3, characterized in that the imaging means is formed by a two-dimensional solid-state image sensor.
Visual device as described in section.
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EP83109972A EP0107820B1 (en) 1982-10-06 1983-10-05 Robot vision system
DE8383109972T DE3381117D1 (en) 1982-10-06 1983-10-05 VISOR DEVICE FOR ROBOTS.

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